中南林业科技大学文韬教授和南昌大学彭海龙副教授团队：基于分子印迹气体传感阵列对虫害柑橘无损检测

以下文章来源于食品放大镜 ，作者文献解读

近日，中南林业科技大学机电工程学院文韬教授和南昌大学化学化工学院彭海龙副教授联合在国际期刊Sensors and Actuators B: Chemical （Top一区，IF:9.221）上发表了题为“Discrimination of citrus infested with Bactrocera dorsalis (Hendel) using an olfactory detection system based on MIPs-QCM sensor array and Bayesian optimized classification algorithms”的研究论文，南昌大学彭海龙副教授为论文通讯作者，文韬教授为论文第一作者，该研究得到了国家自然科学基金、湖南省杰出青年人才项目和江西省自然科学基金等项目资助。

橘小实蝇是一种世界性检疫害虫，危害包括柑橘在内的多种蔬果。在柑橘的侵染早期（侵染期和潜育期），侵染过程发生在果肉中，柑橘外表颜色和质地变化不明显（图1）。因此只能抽取少量柑橘，剖开后进行目视检查。建立一种无损检测方法，在流转运输及储藏过程中识别虫害柑橘，既能减少浪费，又能及时地防止虫害扩散。在橘小实蝇侵染前后，柑橘的挥发性气体往往会发生变化，因此气体传感器检测是一种有效的方法。

图1 橘小实蝇侵染后柑橘无损快速检测

本研究以分子印迹聚合物(MIPs)为识别元件，石英晶体微天平(QCM)为换能器，制备了一种气体传感器。使用侵染前后的柑橘挥发性气体，d-柠檬烯、α-蒎烯、月桂烯、芳樟醇、癸醛和β-罗勒烯为特征模板分子，分别合成MIPs，并通过聚氯乙烯将MIPs固定在QCM表面，制备过程如图(2)。得到的由6枚MIPs-QCM传感器组成传感器阵列，用于侵染前后柑橘挥发性气体分析。

图2 MIPs-QCM传感器的制备过程

使用扫描电子显微镜(SEM)分析了MIPs-QCM传感器表面和截面形貌，如图(3)。光滑的聚氯乙烯将多孔结构的MIPs固定在QCM表面，但留有空隙，使MIPs暴露在空气中，以便与气体分子结合。作为对照的NIP粒径更大，对气体分子的吸附效果较差。6枚传感器的膜厚均为20μm左右。

图3 传感器阵列表面及横截面形貌

通过传感器阵列对化学纯样的响应分析，传感器阵列对不同浓度的目标气体具有良好的线性响应(图4)，检测限为113.67-167.54mg/m3 。另外，传感器对非目标物质的响应较小，与对目标物质的响应之比小于1，表明传感器阵列倾向于吸附目标物质，具有良好的选择性。

图4 传感器阵列对响应分析:(A)传感器对目标气体响应; (B)对非目标气体响应和对目标气体的响应之比

最后，使用传感器阵列检测了120枚柑橘实际样本，结合支持向量机分类模型，实现了对侵染柑橘的准确识别，准确率达94.17%。

本研究开发的MIPs-QCM气体传感器对目标气体有灵敏的线性响应，且具有良好的选择性、长期稳定性。多枚传感器组成传感器阵列后，结合分类模型能准确识别虫害柑橘，操作简单，检测过程在15min内。本研究为柑橘无损检测提供了一种新的思路和手段，在柑橘的产后无损检测领域具有应用潜力。

转自：“NANO学术”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！